जलविद्युत संयंत्र में हाइड्रोलिक टरबाइन का सिद्धांत और प्रक्रिया

जल टरबाइन को स्थितिज ऊर्जा या गतिज ऊर्जा से प्रवाहित करने पर वह घूमने लगती है। यदि हम जनरेटर को टरबाइन से जोड़ते हैं, तो जनरेटर बिजली उत्पन्न करना शुरू कर देता है। यदि हम टरबाइन को प्रवाहित करने के लिए जल स्तर बढ़ाते हैं, तो टरबाइन की गति बढ़ जाती है। इसलिए, जल स्तर का अंतर जितना अधिक होगा, टरबाइन द्वारा प्राप्त गतिज ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी, और परिवर्तित की जा सकने वाली विद्युत ऊर्जा भी उतनी ही अधिक होगी। यही जलविद्युत का मूल सिद्धांत है।

ऊर्जा रूपांतरण प्रक्रिया इस प्रकार है: ऊपर की ओर बहने वाले पानी की गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा, पानी के प्रवाह की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। जब पानी टरबाइन से होकर गुजरता है, तो गतिज ऊर्जा टरबाइन को स्थानांतरित हो जाती है, और टरबाइन जनरेटर को चलाकर गतिज ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित कर देती है। अतः, यह यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने की प्रक्रिया है।

पनबिजली स्टेशनों की अलग-अलग प्राकृतिक परिस्थितियों के कारण, जल विद्युत जनरेटर इकाइयों की क्षमता और गति में व्यापक भिन्नता पाई जाती है। सामान्यतः, आवेग टरबाइन द्वारा संचालित छोटे जल विद्युत जनरेटर और उच्च गति वाले जल विद्युत जनरेटर ज्यादातर क्षैतिज संरचनाओं का उपयोग करते हैं, जबकि बड़े और मध्यम गति वाले जनरेटर ज्यादातर ऊर्ध्वाधर संरचनाओं का उपयोग करते हैं। चूंकि अधिकांश पनबिजली स्टेशन शहरों से दूर स्थित होते हैं, इसलिए उन्हें आमतौर पर लंबी पारेषण लाइनों के माध्यम से बिजली की आपूर्ति करनी पड़ती है। इस प्रकार, विद्युत प्रणाली जल विद्युत जनरेटरों की परिचालन स्थिरता के लिए उच्च आवश्यकताएं निर्धारित करती है: मोटर मापदंडों का सावधानीपूर्वक चयन आवश्यक है; रोटर के जड़त्व आघूर्ण की आवश्यकता अधिक होती है। इसलिए, जल विद्युत जनरेटर की संरचना स्टीम टरबाइन जनरेटर से भिन्न होती है। इसका रोटर व्यास बड़ा और लंबाई कम होती है। जल विद्युत जनरेटर इकाइयों के प्रारंभ होने और ग्रिड से जुड़ने में अपेक्षाकृत कम समय लगता है, और परिचालन व्यवस्था लचीली होती है। सामान्य बिजली उत्पादन के अलावा, यह पीक शेविंग इकाइयों और आपातकालीन स्टैंडबाय इकाइयों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है। जल टरबाइन जनरेटर इकाइयों की अधिकतम क्षमता 700000 किलोवाट तक पहुंच चुकी है।

जनरेटर के सिद्धांत की बात करें तो, हाई स्कूल भौतिकी में यह स्पष्ट है और इसका कार्य सिद्धांत विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम और विद्युत चुम्बकीय बल के नियम पर आधारित है। इसलिए, इसके निर्माण का सामान्य सिद्धांत उपयुक्त चुंबकीय चालकता और चालक पदार्थों का उपयोग करके एक चुंबकीय परिपथ बनाना और पारस्परिक विद्युत चुम्बकीय प्रेरण द्वारा विद्युत चुम्बकीय शक्ति उत्पन्न करके ऊर्जा रूपांतरण के उद्देश्य को प्राप्त करना है।

जल टरबाइन जनरेटर जल टरबाइन द्वारा संचालित होता है। इसका रोटर छोटा और मोटा होता है, जिससे यूनिट को चालू करने और ग्रिड से कनेक्ट करने में कम समय लगता है और संचालन को लचीले ढंग से नियंत्रित किया जा सकता है। सामान्य बिजली उत्पादन के अलावा, यह पीक शेविंग यूनिट और आपातकालीन स्टैंडबाय यूनिट के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है। जल टरबाइन जनरेटर यूनिट की अधिकतम क्षमता 800000 किलोवाट तक पहुंच चुकी है।

डीज़ल जनरेटर आंतरिक दहन इंजन द्वारा संचालित होता है। यह जल्दी चालू हो जाता है और चलाने में आसान है, लेकिन इसकी बिजली उत्पादन लागत अधिक होती है। इसका उपयोग मुख्य रूप से आपातकालीन बैकअप बिजली आपूर्ति के रूप में, या उन क्षेत्रों में किया जाता है जहाँ बड़े बिजली ग्रिड की पहुँच नहीं होती और मोबाइल पावर स्टेशनों के रूप में किया जाता है। इसकी क्षमता कुछ किलोवाट से लेकर कई किलोवाट तक होती है। डीज़ल इंजन शाफ्ट पर उत्पन्न टॉर्क में आवधिक स्पंदन होता है, इसलिए प्रतिध्वनि और शाफ्ट टूटने जैसी दुर्घटनाओं से बचाव आवश्यक है।

हाइड्रो जनरेटर की गति से उत्पन्न प्रत्यावर्ती धारा की आवृत्ति निर्धारित होती है। इस आवृत्ति की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए रोटर की गति को स्थिर करना आवश्यक है। गति को स्थिर करने के लिए, प्राइम मूवर (जल टरबाइन) की गति को क्लोज्ड लूप नियंत्रण मोड में नियंत्रित किया जा सकता है। आउटपुट के लिए भेजी जाने वाली एसी पावर के आवृत्ति सिग्नल का सैंपल लिया जाता है और उसे नियंत्रण प्रणाली को फीडबैक के रूप में भेजा जाता है, जो जल टरबाइन के गाइड वेन के खुलने और बंद होने के कोण को नियंत्रित करके जल टरबाइन की आउटपुट पावर को नियंत्रित करती है। फीडबैक नियंत्रण सिद्धांत के माध्यम से, जनरेटर की गति को स्थिर किया जा सकता है।